DE2261467B2 - Mit Doppler-Effekt arbeitendes Navigationssystem - Google Patents
Mit Doppler-Effekt arbeitendes NavigationssystemInfo
- Publication number
- DE2261467B2 DE2261467B2 DE2261467A DE2261467A DE2261467B2 DE 2261467 B2 DE2261467 B2 DE 2261467B2 DE 2261467 A DE2261467 A DE 2261467A DE 2261467 A DE2261467 A DE 2261467A DE 2261467 B2 DE2261467 B2 DE 2261467B2
- Authority
- DE
- Germany
- Prior art keywords
- speed
- sound
- container
- medium
- navigation system
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
- G01S15/00—Systems using the reflection or reradiation of acoustic waves, e.g. sonar systems
- G01S15/02—Systems using the reflection or reradiation of acoustic waves, e.g. sonar systems using reflection of acoustic waves
- G01S15/50—Systems of measurement, based on relative movement of the target
- G01S15/58—Velocity or trajectory determination systems; Sense-of-movement determination systems
- G01S15/60—Velocity or trajectory determination systems; Sense-of-movement determination systems wherein the transmitter and receiver are mounted on the moving object, e.g. for determining ground speed, drift angle, ground track
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
- Y10S—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y10S367/00—Communications, electrical: acoustic wave systems and devices
- Y10S367/902—Speed of sound compensation
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Radar, Positioning & Navigation (AREA)
- Remote Sensing (AREA)
- Acoustics & Sound (AREA)
- Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Measurement Of Velocity Or Position Using Acoustic Or Ultrasonic Waves (AREA)
- Transducers For Ultrasonic Waves (AREA)
Description
Die Erfindung bezieht sich au." ein mit Doppler-Effekt at behendes Navigationssystem mit einer an
Bord befindlichen Anordnung vcn Sende- und Emp- ! ngsantennen für Schallwellen, die mit elektronischen
Schaltungen verbunden sind, die die Sendeantennen
bei Sendung speisen bzw. die Verarbeitung der vom Grund zurückgeworfenen und von den Empfangsanlennen
aufgefangenen Ultraschallwellen übernehmen, wobei die Sendeantennen in einem mit einem
flüssigen Medium angefüllten Behälter angeordnet sind, dessen Boden durch eine für Schallwellen
durchlässige Membran gebildet ist. die mit dem den Auftrieb des Fahrzeugs erzeugenden Medium in Verbindung
sieht
Solche N;i\ igationssysteme dienen in erstei Linie
dazu, die Geschwindigkeit eines Wasserfahrzeugs in bey.ig auf den einen stabilen Bezugspunkt bildenden
Grund zu bestimmen.
Um die Forlbewegungsiicschwindigkeit eines Wasserfahrzeug
über Grund zu bestimmen, messen einige unter der Bezeichnung »Doppler-Sonar« bekannte
Bordnavigationssysteme die Dopplcr-Frequenz, d. h. die Differenz zwischen der Frequenz, mit
der eine Ultraschallwelle in Richtung zum Grund unter einem Neigungswinkel λ gegenüber der Vertikalen
von im allgemeinen zwischen 0 und 45 abgestrahlt wird, und der Frequenz, mit der diese gleiche
Ultraschallwelle empfangen wird, nachdem sie vom Grund insbesondere entgegengesetzt zu der Richtung
der einfallenden Welle zurückgcstcucrt wurde. Der
Wert flieser Doppler-Frequenz hängt dann von der
fendefrequenz/,, der Geschwindigkeit c der Uitrafchaliw^lle
im Ausbreitungsmedium, dem Neigungswinkel λ des Sende/Empfangsbündels und von einer
IComponente V der Geschwindigkeit des Wasserfahrzeugs
ab.
Um gleichzeitig die beiden in einer Ebene liegenden Komponenten, d.h. die Längs- und die Querjcomponcnte
dieser Geschwindigkeit messen und den Einfluß d<?r Stampf- und Rollbewegungen des
Wasserfahrzeugs auf die Genauigkeit dieser Messung zu beschränken, besteht ein in der USA.-Patentschrift
3 257 638 beschriebenes und unter der Bezeichnung »Janus-Verfahren« bekanntes Verfahren darin, zwei
Sende/Empfangs-Bündel zu verwenden, die ebenfalls um einen Winkel α zu beiden Seiten der Vertikale in
bezug auf das Fahrzeug geneigt und in der relativen Vertikalebene enthalten sind, die durch die Längsachse
des Fahrzeugs geht, und außerdem zwei weitere, gleiche Bündel, die in einer relativen Vertikaltbene
enthalten sind, die senkrecht zu der ersten Vertikalebene liegt und ebenfalls um einen Winkel \
gegenüber der relativen Vertikale ger.cigt sind. Die
Differenz / der durch die beiden in jeder dieser Empfangsebenen enthaltenen Bündel empfangenen Frequenzen
ist gleich:
, , AV .
! = J1 — sin* ,
c
c
wobei V die Geschwindigkeitskomponente des Fahrzeugs
in der betrachteten Ebene und c die Schallgeschwindigkeit ausdrücken.
Die Geschwindigkeit c der Ultraschallwelle im Ausbreitungsmedium kann sich insbesondere in Abhängigkeit
von der Temperatur und des Salzgehalts dieses Mediums sehr stark ändern und demnach
einen nicht zu vernachlässigenden Einfluß auf die Genauigkeit der vorgenommenen Messung ausüben.
Zur Berücksichtigung dieser Änderungen der Schallgeschwindigkeit c können verschiedene Verfahren
angewandt werden. So kann beispielsweise die Temperatur des AusbreitungsmediurriS mit Hilfe eines
Thermistors gemessen und die Messung der Geschwindigkeit V des Fahrzeugs entsprechend kompensiert
werden. Jedoch berücksichtigt dieses Verfahren keine Änderungen in Abhängigkeit vom Salzgehalt.
Ein weiteres Verfahren besteht darin, die Geschwindigkeit
c dci Ultraschallwelle im Ausbreitungsmedium durch ein Schallgeschwindigkeits-Meßgerät
zu messen und die Messung der Geschwindigkeit V des Fahrzeugs entsprechend zu kompensieren od:r
die Sendefrequenz/, entsprechend zu ändern. Diese Verfahren sind jedoch verhältnismäßig kompliziert
und aufwendig.
Ein weiteres, insbesondere durch die französische Patentanmeldung 2 019 462 bekanntes Verfahren besteht
darin, die Änderungen der Schallgeschwindigkeit c durch entsprechende Änderung des Winkels
des Sende/Empfangs-Bündels zu kompensieren, d. h. die Beziehung
sin*
konstant zu halten. Dies entspricht der Wahl einer Antenne parallel zur Richtung der zu messenden
Geschwindigkeit, deren Phasenfunktion von Änderungen der Schallgeschwindigkeit c unabhängig ist.
Mehrere Antennen dieser Art wurden bereits entwickelt, die aus einer ebenen Anordnung von Wandlern
bestehen.
Eine mit Verzögerungsleitungen oder Phaserjschie-
Eine mit Verzögerungsleitungen oder Phaserjschie-
bern ausgerüstete Elektronikeinheit speist die einzelnen
Wandler der ebenen Wand'.eranordnung in der Weise, daß Sende- und Empfangs-Bündel mit einem
Neigungswinkel λ gegenüber der Vertikalen entstehen. Es wurde nachgewiesen, daß diese Neigung
ίο von der Schallg schwindigkeit c im Ausbreitungsmedium abhängt und daß ein Konstanthalten der
Phasenfunktion entlang der Antenne ausreicht, um sicherzustellen, daß die Beziehung
sin«
sin«
bei einer Änderung von c konstant bleibt.
Aus der USA.-Patentschrift 2 912 671 ist es auch bekannt, einem konventionellen Sonarsystem eine
Servoregeleinrichtung hinzuzufügen, die durch ein die Doppler-Frequenz ausdrückendes Signal gesteuert
wird und den Wandler dci. Sonarsystems in einer
solchen Richtung und mit sokher Geschwindigkeit bewegt, daß die Dopplerfrequenz möglichst klein ge-
macht wird und das Steuersignal nach Null geht. Im einfachsten Fall kommt dies darauf hinaus, daß der
Wandler entgegengesetzt zu der Bewegungsrichtung des ihn tragenden Fahrzeugs mit solcher Geschwindigkeit
bewegt wird, daß er relativ zu dem die
Schallwellen " reflektierenden Grund stillzustehen scheint. Zusätzlich können auch noch die Stampf-
und Rollbewegungen des Schiffes und Unregelmäßigkeiten der Ausbreitungsbedingungen der Schallwellen
kompensiert werden. Die Messung der Verstellgeschwindigkeit des Wandlers ermöglicht dann die Bestimmung
der Geschwindigkeit des Fahrzeugs. Dabei entfällt die Notwendigkeit von genauen Messungen
der Geschwindigkeit der Schallwellen: dafür ist aber ein Mechanismus zur Verstellung de* Wandlers erforderlich
was die Gefahr von Betriebsstörungen wesentlich erhöht.
Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung eines mit Doppler-Effekt arbeitenden Nav-gationssystem. das
mit einer Antenncnanordnunc. von einfachem Aufbau und geringem Raumbedarf eine Messung ermöglicht,
die weitgehend unabhängig von Änderungen der Schallgeschwindigkeit ist. ohne daß eine mechanische
Verstelleinrichtung für die Antennenanordnung erforderlich, ist. Ausgehend von einem Navigationssystem
der eingangs angegebenen Art wird diese Aufgabe nach der Erfindung dadurch gelöst, daß die Empfangsanicnnen
ebenfalls im Behälter angeordnet sind. so daß die Achsen der Sende- und Empfangsstrahlungen
den durchlässigen Boden des Behälters durchdringen, und daß die Schallgeschwindigkeit im flüssigen
Medium einen in bezug auf die Temperatur des Medium* bekannten Wert aufweist und durch eine
im Behälter angeordnete Temperatursteuereinrichtung verändert wird.
Eine bevorzugte Weiterbildung der Erfindung besteht darin, daß zumindest eire Empfangsantenne in
einer akustischen Linse angeordnet ist, die zusammen mit der zugehörigen Sendeantenne in dem Behälter
montiert ist.
Vorzugsweise ist das iliese Antennenanordnung
enthaltende Navigationssystem so ausgebildet, daß vier Sendeantennen in einer ersten Horizontalebene
an den Ecken eines Quadrates angeordnet sind,
dessen eine Diagonale mit der Längsachse und dessen andere Diagonale mit der Querachse des Fahrzeugs
zusammenfallen, und daß vier Empfangsantennen, die jeweils funktionell einem Sender zugeordnet sind,
in gleicher Anordnung in einer Horizontalebenc liegen, die mit der ersten zusammenfallen kann.
Mit dem Navigationssystem nach der Erfindung ist es möglich, die auf die Änderungen der Schallgeschwindigkeit
in dem durch Wasser gebildeten Auftriebsmedium zurückzuführenden Fehler zu kompensieren;
dies geschieht dadurch, daß bei konstantgehaltener Sendefrequenz der gewünschte Neigungswinkel
dadurch erhalten wird, daß die Schallgeschwindigkeit durch Steuerung der Temperatur des
flüssigen Mediums verändert wird.
Es ist andererseits auch möglich, den Neigungswinkel
der durch die Antennenanordnung ausgesendeten und empfangenen Strahlungskeule zu ändern;
dies gjschicht dadurch, daß der Behälter ein geschlossener
Zylinder ist, dessen Durchmesser das 150- bis 200fache der Wellenlänge /. der ausgesendeten
Wellen ausmacht und der am Rumpf des Fahrzeugs an seinem durch den Boden abgeschlossenen
Teil befestigt ist, der aus einem für die Schallwellen durchlässigen und mechanisch verstärkten Werkstoff
hergestellt ist, daß die den Behälter ausfüllende Flüssigkeit so gewählt ist, daß ihre Schallgeschwindigkeit
etwa der Schallgeschwindigkeit des auftriebserzeugenden Mediums entspricht, und temperaturslabilisiert
ist. daß die vier Empfangsantennen auf der Brennkugel einer sphärischen akustischen Linse
mit einem Innendurchmesser von 40 /. und einem Außendurchmesser von 50 /. angeordnet sind, die aus
zwei Haibkugeln gebildet ist, von denen die eine Halbkugel zu dem für Schallwellen durchlässigen
Boden gerichtet ist, daß die Linse mit einer Flüssigkeit einer bestimmten Schallgeschwindigkeit gefüllt
ist und mit einem Ausdehnungsgefäß in Verbindung steht, daß die vier Sindeantennen mit einem Durchmesser
von etwa 1 Ί. in einer Entfernung von etwa
60 /. vom Boden angeordnet und horizontal auf einem Kreis mit einem Durchmesser zwischen 100
und 120 / verteilt sind, daß ihre Halterung durch fest mit der Linse verbundene Arme gebildet ist und daß
die Antennenanordnung an dem Deckel des Behälters aufgehängt ist, der mit Durchführungen für die elektrischen
Verbindungen mit der «!gehörigen Eiektronikeinheit und für die Anschlüsse der die Temperaturstabilisierung
des flüssigen Mediums steuernden Temperatursteuervorrichtung versehen ist.
Die Erfindung wird nachstehend an Hand der Zeichnungen beispielshalber beschrieben. Es zeigt
F i g. 1 eine schematische Darstellung einer stark vereinfachten Ausbildung der Schallantennenanordnung
eines mit Doppler-Eflekt arbeitenden Navigarjonssystems
sowie des Ausbreitungsweges der ausgesendeten und empfangenen Strahlung und
F i g. 2 eine vereinfachte Schnittdarstellung der Schallantennenanordnung des Navigationssystems
nach der Erfindung.
F i g. 1 zeigt schematisch die sehr vereinfachte Ausbildung einer Schallantennenanordnung sowie den
Ausbreitungsverlauf der ausgesendeten und empfangenen
Strahlung. Diese Anordnung besteht aus einem Beiiälter 3, der mit einem flüssigen Medium 1 angefüllt
ist, in dem die Schaltgeschwindigkeit gleich C1
ist and in dem sich ein Sendeekment 5 und ein Emp-
-fangselement 6 für Ultraschallwellen befinden, die gegenüber
der Vertikalen geneigt sind und durch elektroakustische Wandler gebildet sind. Der Boden 4 des
Behälters 3 ist für Ultraschallwellen durchlässig ausgeführt und verläuft vorzugsweise parallel zur Richtung
der Geschwindigkeit V der Translationsbewegung der aus dem Behälter 3 und seines Inhaltes gebildeten
Einheit. Diese Translationsbewegung erfolgt gegenüber einem Medium 2, in dem die Schallgeschwindigkeit
C2 ist. Die Richtung des Sendebündels
ίο ist somit für einen Beobachter, der die Bewegung des
Behälters 3 mitmacht, um einen Winkel A1 im Medium
1 geneigt, und für einen feststehenden Beobachter um einen Winkel .\ä im Medium 2, wobd diese
Neigungswinkel auf die Senkrechte zur Fläche 4 be-
!5 zogen sind. Das Sendcbündel durchläuft das Medium
2 und wird durch die Oberfläche 7 des Grundes entgegengesetzt zur Einfallsrichtung im Medium 2
zurückgeworfen. Infolge der Mitnahme des Mediums 1 mit der Geschwindigkeit y gegenüber dem
Medium 2 ist die Richtung, in der die zurückgeworfene Welle im Medium 1 empfangen wird, für einen
beweglichen Beobachter um einen Winkel v, gegenüber der Senkrechten zur Fläche 4 geneigt. Unter Berücksichtigung
der bei jedem Durchgang durch die Fiäciie 4 auftretenden Änderungen der Phasenfunktion
ί*.:Γ Ultraschallwellen können die folgenden Beziehungen
aufgestellt werden:
sin v, sin
sin a
■'^M (3)
Ci I
sin A3
f2 sin A2 Z1 sin a
Λ C2 Λ c,
Λ C2 Λ c,
sin a, 1
Darin sind
Z1 die Sendefrequenz,
/ di F d W
/ di F d W
1
f3
die Frequenz der Welle im Medium 2,
die Frequenz der im Medium 1 empfangenen Wl
die Frequenz der im Medium 1 empfangenen Wl
Welle,
C1, C2 die Ausbreitungsgeschwindigkeiten der Ultraschallwellen
in den jeweiligen Medien,
Oc1, λ., und O3 die oben definierten Winkel und V die Geschwindigkeit des Fahrzeugs.
Oc1, λ., und O3 die oben definierten Winkel und V die Geschwindigkeit des Fahrzeugs.
Tn dem Fall, in dem zwei gegenüber der Senkrechten zur Fläche 4 symmetrische und in gleicher Weise
um «, geneigte Ultraschallwellen-Bündel in das Medium
1 übertragen werden, ist die gemessene Fre quenzdifferenz gleich
/-/.•4r·
Die Messung der Geschwindigkeit V
diese Weise unabhängig von den Änck
Aid
diese Weise unabhängig von den Änck
Aid
νΛ au
.gen de l
gg g
Ausbreitungsgeschwindigkeit C2 der Ultraschallwelle!
fcn Medium 2 gemacht. Wird die Schallgcschwindigleit
im Medium 1 stabilisiert, so werden die Werte
ton λ und von V direkt proportional zueinander, •robei
/, SUVA,
dann eine Konstante darstellt.
■ Wenn das Medium 1 so gewühlt ist, daß sich die
tchallgeschwindigkeit in diesem Medium in cindeuligei
Weise mit der temperatur ändert, kann die
Einstellung und Stabilisierung der Schallgeschwindigkeit
durch die Steuerung der Temperatur des Mediums I erfolgen.
Wenn die Trennflächc 4 zwischen den Medien 1
Und 2 nicht parallel zur Richtung der Geschwindigkeit V bleibt, z. B. infolge von Roll- oder Stampfbewegungen,
und eine Neigung A gegenüber der Richtung von V annimmt, wobei die Sende- und
Empfangsclemente 5 und 6 an die Bewegungen der Fläche 4 gebunden sind, so ist die gemessene Frequenz
/ mit dem Faktor co·- A behaftet. So liegt beispielsweise
bei einem Neigungswinkel A von 10° der relative Meßfehler in der Größenordnung von 1.51Vo.
Dieser Fehler kann dadurch beträchtlich verringert werden, daß die Sende- und Empfangsclemente 5
und 6 von den Bewegungen der Fläche 4 unabhängig gemacht werden, beispielsweise durch eine Stabilisierung
dieser Elemente in bezug auf die Senkrechte zur Horizontalebenc.
Mit dem Bestreben, die Leistungswertc einer solchen Vorrichtung insbesondere im Hinblick auf die
Güte des Strahlungsdiagramms der Empfangsantenne bei gleichzeitiger Verringerung des Platzbedarfes zu
erhöhen, werden gemäß Fig. 2 die Empfangsantennen 6 in einer akustischen Linse untergebracht, die
-ich selbst wiederum in dem Behälter 3 befindet, der
Jas Medium I entlritt. Da dieses Medium 1 entsprechend
den getroffenen Vorkehrungen temperaturstabilisiert ist, sind auf diese Weise die somit gebildeten
Empfangsbündel gleichermaßen stabilisiert. Neben anderen Vorteilen ergibt die akustische Linse
eine natürliche Verringerung des Pegels der Sekundärkeulen des Strahlungsdiagramms, ermöglicht die
gleichzeitige Bildung mehrerer Bündel bei geringem Übci sprechen und vereinfacht insbesondere die angeschlossenen
elektronischen Empfangseinheiten.
Eine der in F i g. 1 dargestellten vergleichbare Vorrichtung
kann darüber hinaus auch zur Veränderung der Neigung der Hauptkeule des Strahlungsdiagramms
der Sende- und Empfangsantennen 5 und 6 verwendet werden. In diesem Fall braucht nämlich nur die
Geschwindigkeit c, der Ultraschallwellen im Medium 1 geändert zu werden, beispielsweise durch eine
gesteuerte Veränderung der in diesem Medium 1 herrschenden Temperatur durch eine nicht dargestellte
Zusatzausriistung.
F i g. 2 zeigt in diametraler Schnittdarstellung ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Sende- und
Empiangsantennenanordnung eines solchen Navigationssystems. Auf die Darstellung der zugehörigen
Elektronikeinheiten und der Zusatzausrüstung zur Temperatursteuerung wurde verzichtet, da sie von an
sich bekannter Art sind.
Die Schallantennenanordnung weist einen Behälter 3 auf, der mit einer temperarurstabilisierten Flüssigkeit
1 angefüllt ist und die Sende- und Empfangs-Antennenelemente 5, 6 für Schallwellen enthält. Der
Behälter 3 ist dicht ausgeführt und ist um eine senkrechte Achse rotationssymmetrisch. Dieser Behälter
ist fest am Rumpf 8 des Wasserfahrzeugs befestigt, 7. B. so, daß sein Boden 4 mit dem Außenrand dieses
Rumpfes fluchtet, wobei eine Abdichtung zwischen diesem Rumpf 8 und dem Behälter 3 vorgenommen
ist.
Sein Durchmesser beträgt in der Regel zwischen 150 und 200 /., wobei mit dem Symbol λ die Wellenlange
der ausgesendeten Wellen bezeichnet wird.
Der Boden 4 des Behälters 3 ist durch eine Membran gebildet, die aus einem für Ultraschallwellen
durchlässigen Werkstoff besteht, wie z. B. aus einem unter der Bezeichnung »Perbunan« bekannten synthetischen
Kautschuk. Diese Membran besitzt vorzugsweise eine möglichst ebene und gleichmäßige
Form. Zur Erhöhung ihrer mechanischen Festigkeit ist die Membran mit einer Bewehrung versehen oder
aber zwischen zwei Roste eingespannt, wobei die Unterteilung dieser Bewehrung bzw. dieser Roste
größer als 10 /. gewählt ist, um die Durchlässigkeit der Membran für Ultraschallwellen nicht zu beeinträchtigen.
Die sich im Behälter befindende Flüssigkeit 1 ist
so gewählt, daß darin die Ausbreitungsgeschwindigkeit f, der Ultraschallwellen annähernd der Geschwindigkeit
c, dieser Wellen im Medium 2, im vorliegenden Fall im MeerwasM·-, entspricht. So wird
beispielsweise Mineralöl verwendet, bei dem die Schallgeschwindigkeit c, = 1450 m/s beträgt.
Eine Temperatursonde, z. B. eine Platindraht-Wiilerstandssonde.
sowie ein Heizwiderstand (die Iv Jc in F i g. 2 nicht dargestellt sind) sind im Behälter
3 angeordnet, um die Temperatur des Öles 1 beispielswcise
auf 30 ± 1 C konstanthalten.
Die vier Empfangselemente 6 sind auf der Brennkugel einer kugelförmigen akustischen Linse 9 angeordnet,
die sich ihrerseits im Behälter j befindet. Diese Linse hat einen Innendurchmesser in der Größonordnung
von 40 /. und einen Ajßcndurchmesser von 50 /.. Sie besteht aus zwei Halbkugelii, von denen
zumindest die untere Halbkugel 10 aus einem für Ultraschallwellen durchlässigen Werkstoff, z. B. aus
l'oiyurthan. besteht, wobei die obere Halbkugel T1
vorzugsweise aus einem absorbierenden Werkstoff, beispielsweise aus einem mit Korkteilchen versetzten
Kautschuk, gefertigt ist.
Mit dieser oberen Halbkugel 11 sind die vier Empfangselemente
6. im vorliegenden Fall Unterwasser mikrophone in zwei zueinander senkrechten Ebenen
in gleicher Weise gegen die Vertikale geneigt, fest ver bunden. Die Linse 9 ist mit einer Flüssigkeit 12 ge
füllt. /. B. mit einem Gemisch aus Fluorkohlenstof fen, mit einer Schallgeschwindigkeit von annähen«
800 m s. Ein Ausdehnungsgefäß 13 ermöglicht eini Ausdehnung dieser Flüssigkeit 12 bei Temperatur
änderungen, die beim Transport oder der Lagerun; der Linse auftreten können.
Mit Hilfe dieser akustischen Linse 9 werden somi vier Empfangsbündel mit einem Bündelungswinke
von 2 gebildet, die sich in vier in gleicher Weise ur
30" gegen die Vertikale geneigten Richtungen aus
breiten und sich in zwei zueinander senkrechte Ebenen befinden.
Was die entsprechenden Sendeelenv. " inlang
so liegen diese in einer Horizontalem .. auSerhal
der Linse 9 iu Richtungen, die parallel r·-. vlenen df
Empfangselemente 6 verlaufen, in einef sol "
fernung von der Membran 4 des Behälters 3, daß sich diese Membran 4 außerhalb ihrer Fresnelregion befindet,
beispielsweise in der Größenordnung von 60 λ. Ihr Durchmesser beträgt etwa 7 λ, und sie sind auf
einem Kreis mit einem Durchmesser von etwa 100 bis 120 λ angeordnet, so daß ihr Sendebündel, dessen
Bündelungswinkel in der Größenordnung von 8° liegt, nicht durch die Linse 9 gestört wird. Diese
tendeelemente werden von Armen 14 gehalten, die fest mit der Linse verbunden sind.
Zur näheren Erläuterung des obengenannten Aufbaus kann die Antennenanordnung wie folgt skizziert
Werden: Ausgehend von zwei zueinander senkrechten Achsen, die in der gleichen Horizontalebene angenommen
werden und durch die Ecken zweier getrennter Quadrate laufen, sind die Sendewandler an den
Ecken des äußeren Quadrates und die Empfangswandler an den Ecken des inneren Quadrates angeordnet,
wobei die Wandler benachbarter Ecken, die tich auf der gleichen Achse befinden, ein funktionelles
Sende/Empfangs-Paar bilden, so daß zwei Paare pro Achse vorhanden sind.
Infolge des verhältnismäßig geringen Gewichtsund Raumbedarfs der von den Sendeelementen 5 und
der Linse 9 gebildeten Einheit ist es möglich, diese Einheit innerhalb des Behälters 3 in der Weise zu
stabilisieren, daß der Einfluß der Roll- und Stampfbewegungen des Wasserfahrzeugs auf die Meßgenauigkeit
verringert wird. Bei dieser Stabilisierung handelt es sich um eine mechanische Pendelvorrichtung,
z. B. mit Hilfe einer Aufhängung 15, die durch zwei Kreuzgelenke gebildet ist, von denen das eine in der
Rollachse und das andere in der Stampfachse arbeitet, wobei sich der Festpunkt der Aufhängung am
Deckel 16 des Behälters 3 befindet. Dieser Deckel ist mit Durchführungen 17 für die elektrischen Verbindungen
der Antennen mit der zugehörigen Elektronikeinheit versehen.
Die vorstehend beschriebene Sende/Empfangs-Antennenanordnung
für ein Doppler-Sonar ermöglicht somit eine Messung der T iings- und Qucrkomponenten
der Geschwindigkeit des damit ausgerüsteten Wasserfahrzeugs unabhängig von Veränderungen
des Wertes der Schallgeschwindigkeit im Meerwasser, wobei der Einfluß von Roll- und Stampfbewegungeu
auf die Meßgenauigkeit wesentlich verringert ist.
Dieser Einfluß der Roll- und Nickbcwrgungen kann selbstverständlich ganz ausgeschaltet werden,
indem der Behälter vom Rumpf des Wasserfahrzeugs getrennt und mit Hilfe einer Steuereinrichtung stabi-
»0 lisiert wird, die in Abhängigkeit von Informationen
arbeitet, die durch eine Träghcitszentrale geliefert werden, wodurch jedoch in gleichem Maße der Aufbau
des Systems komplizierter und sein Gestehungspreis erhöht wird.
Ein weiterer Vorteil der beschriebenen Antennenanordnung liegt darin, daß diese von dem Rumpf des
Fahrzeugs, an dem sie montiert ist. nicht hervorsteht. Darüber hinaus kann die Vorrichtung mit einem
äußeren, beweglichen Schutzdeckel für die Membran 4 ausgerüstet sein, der im Betrieb abgenommen
wird.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
Claims (6)
1. Mit Doppier-Effekt arbeitendes Navigations -system mit einer an Bord befindlichen Anordnung
vcn Sende- und Empfangsantennim für Schallwellen, die mit elektronischen Schaltungen verbunden sind, die die Sendeantennen bei Sendung
speisen bzw. die Verarbeitung der vom Grund zurückgeworfenen und von den Empfangsanten nen aufgefangenen Ultraschallwellen übernehmen, wobei die Sendeantennen in einem mit
einem flüssigen Medium angefüllten Behälter angeordnet sind, dessen Boden durch eine für
Schallwellen durchlässige Membran gebildet ist, die mit dem den Auftrieb des Fahrzeugs erzeugenden
Medium in Verbindung steht, dadurch
gekennzeichnet, daß die Empfangsanten- Ben (6) ebenfalls im Behälter (3) angeordnet sind.
So daß die Achsen der Sende- und Empfangs-Strahlungen
den durchlässigen Boden des Behälters durchdringen, und daß die Schallgeschwindigkeit
(ο,) im flüssigen Medium (1) einen in bezug auf die Temperatur des Mediums (1) bekannten
Wert aufweist und durch eine im Behälter angeordnete Temperatursteuereinrichtung
verändert wird.
2. Navigationssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest eine Empfangsantenne
(6) in einer akustischen Linse an seordnet ist. die zusammen mit der zugehörigen
Sendeantenne (5) in dem Behälter (3) montiert ist.
3. Navigationssystem stach Anspruch I oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß vv ■ Sendeantennen
(5) in einer ersten Horizontalebcnc an den Ecken
eines Quadrates angeordnet sind, dessen eine Diagonale mit der Längsachse und dessen andere
Diagonale mit der Querachse des Fahrzeugs zusammenfallen, und daß vier Empfangsantennen
(6), die jeweils funktionell einem Sender zugeordnet sind, in gleicher Anordnung in einer Horizontalebcnc
liegen, die mit der ersten zusammenfallen kann.
4. Navigationssystem nach Anspruch 3. dadurch gekennzeichnet, daß der Behälter (3) ein
geschlossener Zylinder ist. dessen Durchmesser das 150- bis 200fachc der Wellenlänge /. der ausgesendeten
Wellen ausmacht und der am Rump! (8) des Fahrzeugs an seinem durch den Boden
(4) abgeschlossenen Teil befestigt ist. der aus einem für die Schallwellen durchlässigen und mechanisch
verstärkten Werkstoff hergestellt ist. daß die den Behälter ausfüllende Flüssigkeit (1) so gewählt
ist. daß ihre Schallgeschwindigkeit etwa der Schallgeschwindigkeit (c.,) des auftriebserzeugcnden
Mediums (2) entspricht, und tcmperaturslabilisiert ist, daß die vier Empfangsantennen (6)
auf der Brennkugel einer sphärischen akustischen Linse (9) mit einem Innendurchmesser von 40 /.
und einem Außendurchmesser von 50 / angeordnet sind, die aus zwei Halbkugeln (10, 11) gebil
det ist, von denen die eine Halbkugel (10) zu dem für Schallwellen durchlässigen Boden gerichtet
Ist, daß die Linse mit einer Flüssigkeit einer be stimmten Schallgeschwindigkeit gefüllt ist und
ftiit einem Ausdehnungsgefäß (13) in Verbindung Steht, daß die vier Sendeantennen (5) mit einem
Durchmesser von etwa 7 / in einer Entfernung von etwa 60 λ vom Boden (4) angeordnet und
horizontal auf einem Kreis mit einem Durchmesser zwischen XOO und 120;. verteilt sind, daß
ihre Halterung durch fest mit der Linse (9) verbundene Arme (14) gebildet ist und daß die Antennenanordnung an dem Deckel (16) des Behälters (3) aufgehängt ist, der mit Durchführungen
für die elektrischen Verbindungen mit der zugehörigen Elektronikeinheit und für die Anschlüsse der die Temperaturstabilisierung des
flüssigen Mediums (1) steuernden Temperatursteuervorrichtung versehen ist.
5. Verfahren zur Änderung des Neigungs winkels der durch die Antennenanordnang des
Navigationssystems nach einem der Ansprüche 1 bis 4 ausgesendeten und empfangenen Strahlungskeule, dadurch gekennzeichnet, daß bei konstant-
gehaltener Sendefrequenz (Z1) der gewünschte
Neigungswinkel (λ) dadurch erhalten vird, daß die Schallgeschwindigkeit (C1) durch Steuerung
der Temperatur des flüssigen Mediums (T) verändert wird.
6. Verfahren zur Kompensation der auf die Änderungen der Schallgeschwindigkeit in dem
durch Wasser gebildeten Auftriebsmedium zurückzuführenden Fehler bei einem Navigationssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch
gekennzeichnet, daß die Temperatur des flüssigen Mediums (1) auf einem vorherbestimmten,
konstanten Wert gehalten wird und daß die Trennfiäche (4) zwischen dem flüssigen Medium
(1) und dem Wasser (2) im wesentlichen parallel zum Geschwindigkeitsvektor (K) des Fahrzeugs
verläuft.
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
FR7145501A FR2163387B1 (de) | 1971-12-17 | 1971-12-17 |
Publications (3)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE2261467A1 DE2261467A1 (de) | 1973-06-28 |
DE2261467B2 true DE2261467B2 (de) | 1974-04-11 |
DE2261467C3 DE2261467C3 (de) | 1974-11-14 |
Family
ID=9087661
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE2261467A Expired DE2261467C3 (de) | 1971-12-17 | 1972-12-15 | Mit Doppler Effekt arbeitendes N avig ationssy stem |
Country Status (8)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US3818425A (de) |
JP (1) | JPS4869551A (de) |
CA (1) | CA1011867A (de) |
DE (1) | DE2261467C3 (de) |
FR (1) | FR2163387B1 (de) |
GB (1) | GB1392230A (de) |
NO (1) | NO132114C (de) |
SE (1) | SE388055B (de) |
Families Citing this family (19)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
FR2316602A1 (fr) * | 1975-07-01 | 1977-01-28 | Thomson Csf | Systeme de mesure de la vitesse et de la direction de courants d'une masse fluide |
US4063214A (en) * | 1975-12-15 | 1977-12-13 | Sperry Rand Corporation | Lens transducer for use in marine sonar doppler apparatus |
US4300215A (en) * | 1980-06-06 | 1981-11-10 | Westinghouse Electric Corp. | Wide angle acoustic camera |
US4462094A (en) * | 1980-06-19 | 1984-07-24 | Mobil Oil Corporation | Method and apparatus for determining angle of inclination of seismometer and leveling seismic motion detectors |
US4970705A (en) * | 1981-12-03 | 1990-11-13 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy | Constant focal length acoustic lens |
US4581727A (en) * | 1982-01-29 | 1986-04-08 | National Research Development Corp. | Finding the direction of a sound |
US4480323A (en) * | 1982-06-07 | 1984-10-30 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy | Remote self-contained undersea monitor |
US4576286A (en) * | 1983-06-27 | 1986-03-18 | Cochlea Corporation | Parts sorting systems |
US4870623A (en) * | 1983-06-27 | 1989-09-26 | Cochlea Corporation | System to recognize a geometry parameter of unknown object with continuous wave acoustic energy |
JPH033037Y2 (de) * | 1985-05-13 | 1991-01-25 | ||
US4735088A (en) * | 1986-09-18 | 1988-04-05 | Cochlea Corporation | Atmospheric variable compensation method and system for use with automated inspection systems |
FR2643464B1 (fr) * | 1989-02-17 | 1991-06-14 | Thomson Csf | Procede pour augmenter la cadence image d'un sonar et sonar pour la mise en oeuvre de ce procede |
FR2646925B1 (fr) * | 1989-05-10 | 1992-03-20 | Thomson Csf | Sonar d'evitement d'objets sous-marins sub-surface |
US5235557A (en) * | 1992-02-13 | 1993-08-10 | Karl Masreliez | Combined speed and depth sensor transducer |
FR2726246B1 (fr) * | 1994-10-28 | 1996-11-29 | Thomson Csf | Procede et systeme de destruction d'objets sous-marins, notamment de mines sous-marines |
US6426918B1 (en) | 1999-08-18 | 2002-07-30 | Airmar Technology Corporation | Correlation speed sensor |
US6678208B2 (en) | 1999-08-18 | 2004-01-13 | Airmar Technology Corporation | Range computations for correlation speed sensor |
DE10158144A1 (de) * | 2001-11-27 | 2003-06-26 | Adolf Thies Gmbh & Co Kg | Ultraschallwandler für den Einsatz unter extremen klimatischen Bedingungen |
US7778111B2 (en) * | 2008-03-19 | 2010-08-17 | Honeywell International Inc. | Methods and systems for underwater navigation |
Family Cites Families (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US3648225A (en) * | 1969-12-04 | 1972-03-07 | Sperry Rand Corp | Digital sonar doppler navigator |
-
1971
- 1971-12-17 FR FR7145501A patent/FR2163387B1/fr not_active Expired
-
1972
- 1972-11-08 CA CA156,022A patent/CA1011867A/fr not_active Expired
- 1972-11-22 NO NO4285/72A patent/NO132114C/no unknown
- 1972-12-12 US US00314471A patent/US3818425A/en not_active Expired - Lifetime
- 1972-12-15 DE DE2261467A patent/DE2261467C3/de not_active Expired
- 1972-12-15 SE SE7216461A patent/SE388055B/xx unknown
- 1972-12-15 GB GB5809472A patent/GB1392230A/en not_active Expired
- 1972-12-16 JP JP47125830A patent/JPS4869551A/ja active Pending
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
DE2261467C3 (de) | 1974-11-14 |
FR2163387B1 (de) | 1976-07-09 |
NO132114C (de) | 1975-09-17 |
JPS4869551A (de) | 1973-09-21 |
DE2261467A1 (de) | 1973-06-28 |
GB1392230A (en) | 1975-04-30 |
US3818425A (en) | 1974-06-18 |
FR2163387A1 (de) | 1973-07-27 |
SE388055B (sv) | 1976-09-20 |
CA1011867A (fr) | 1977-06-07 |
NO132114B (de) | 1975-06-09 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
DE2261467C3 (de) | Mit Doppler Effekt arbeitendes N avig ationssy stem | |
EP2443417B1 (de) | Verfahren und vorrichtung zur berechnung einer oberfläche eines füllguts eines hochofens | |
DE69523600T2 (de) | Schleppanordnung | |
DE102005036846A1 (de) | Vorrichtung zum Messen eines Füllstands | |
DE1259974B (de) | Bord-Radargeraet fuer Luftfahrzeuge | |
DE69012417T2 (de) | Vermeidungssonar für Unterwasserobjekte unterhalb der Wasseroberfläche. | |
DE60212597T2 (de) | Geschlepptes niederfrequenz-unterwasserdetektionssystem | |
DE2629419A1 (de) | System zur messung der geschwindigkeit und der richtung von stroemungen | |
DE1548554B2 (de) | Unterwasser schallmess system | |
DE4007611C1 (de) | ||
DE4007612C1 (de) | ||
DE102021103543A1 (de) | Winkelauflösendes Füllstandsmessgerät | |
DE2656857C2 (de) | Wandler für Schiffs-Ultraschall- Dopplernavigationssysteme | |
DE2639476C2 (de) | Vorrichtung zum Steuern bzw. Führen einer Unterwasseranordnung über einen akustisch reflektierenden, unter Wasser befindlichen Gegenstand | |
WO2007014703A2 (de) | Vorrichtung zum messen eines füllstands | |
DE102010062108A1 (de) | Verfahren und Vorrichtung zur Bestimmung der Neigung einer Oberfläche einer Flüssigkeit oder eines granularen Materials | |
DE2732090A1 (de) | Ultraschallpruefeinrichtung | |
DE2547350A1 (de) | Verfahren und anordnung zum ermitteln der bewegung eines schiffs | |
DE2721115C2 (de) | Meßeinrichtung zur Messung der Geschwindigkeit und Richtung von Wasserströmungen unter einem Schiff | |
DE3131494C2 (de) | Überwachungseinrichtung für den Landekurssender eines Instrumentenlandesystems | |
DE1190845B (de) | Einrichtung zum Feststellen von schallreflektierenden Koerpern, insbesondere von Fischen | |
DE2237139C2 (de) | "Doppler-Radargerät zur Messung der Eigengeschwindigkeit eines Fahrzeuges" | |
DE2064588C3 (de) | Schaltanordnung zum Abstrahlen von Sendeenergie in einen vorgegebenen Sektor | |
DE1210210B (de) | Schallkopf fuer die Ultraschall-Werkstoffpruefung | |
EP1984752B1 (de) | Verfahren zum erzeugen eines sonarbildes |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
C3 | Grant after two publication steps (3rd publication) | ||
E77 | Valid patent as to the heymanns-index 1977 | ||
EHJ | Ceased/non-payment of the annual fee |